JP3926330B2 - リニアテンショナ - Google Patents

Description

本発明はテンショナに関し、特に、直線運動の範囲において一定の張力を発揮するテンショナに関する。

自動車等に用いられるほとんどのエンジンは、エンジンの適切な動作のために必要である多数のベルト駆動アクセサリを備える。アクセサリシステムはオルタネータ、エアコンディショナのコンプレッサ、およびパワーステアリングのポンプを含む。

アクセサリシステムは一般に、エンジンの前面に取付けられる。各アクセサリは、ベルト駆動の形態により駆動力を受けるためにシャフトに取付けられたプーリを有する。早期のシステムでは、各アクセサリはアクセサリとクランクシャフトの間を走行する専用のベルトによって駆動された。ベルト技術の改良に伴い、単一の蛇行式ベルトが現在ほとんどの用途において用いられ、種々のアクセサリ要素の間を経由する。蛇行式ベルトはエンジンのクランクシャフトによって駆動される。

蛇行式ベルトは全てのアクセサリを経由しなければならないので、従来のベルトよりも長くなった。適切に動作するために、ベルトは所定のテンションを付与して設けられる。動作時に、ベルトは僅かに伸びる。これによりベルト張力が増加し、これはベルトにスリップを引き起こし、好ましくない騒音と磨耗を生じることとなる。したがってベルトテンショナは、ベルトが使用中に伸びるときに適当なベルト張力を維持するために必要である。

ベルトテンショナが動作するとき、ベルトは通常、プーリの相互作用によって振動する。この振動は、ベルトとテンショナの早期磨耗を引き起こすので、好ましくない。したがって、減衰機構がテンショナに付加され、ベルトの振動が減衰せしめられる。

従来技術のテンショナは、負荷要素等を介してプーリに作用する。これらは、圧縮バネとショックアブソーバと空気バネと流体シリンダ等を備える。この場合、プーリに作用するベルト張力と負荷は、その位置の関数である。一般に、ベルトの張力はプーリの位置に従って増加あるいは減少する。

さらに種々の従来技術の減衰機構が開発されてきた。それらは、粘性流体ダンパと、相互に摺接あるいは作用する摩擦面を基礎とする機構と、一連の相互作用バネを用いたダンパを含む。それぞれは、単一の形態の減衰機構を介して減衰機能を発揮する。それぞれは、プーリの外側の減衰機構を備えた、プーリと減衰機構の組合わせ構造を有する。これは、目的のために過度に大きい装置であった。

必要とされるものは、プーリの直線移動の範囲を超えて一定の張力を発揮するテンショナである。必要とされるものは、バネのトルクの範囲にわたって一定の力を発揮するカムを有するテンショナである。必要とされるものは、直線ガイドを備えた減衰機構を有するテンショナである。本発明はこれらのニーズに合致する。

本発明の主な特徴は、プーリの直線移動の範囲を超えて一定の張力を発揮するテンショナを提供することである。

本発明の他の特徴は、バネのトルクの範囲にわたって一定の力を発揮するカムを有するテンショナを提供することである。

本発明の他の特徴は、直線ガイドを備えた減衰機構を有するテンショナを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の後述の説明と添付図面により指摘され、あるいは明らかにされる。

本発明は、ハウジングに軸支されたプーリを有するテンショナを備える。ハウジングはさらに、ガイドを備える。ガイドはベース上のレールに摺動自在に係合する。ガイドとレールはハウジングを拘束し、所定の直線的な経路を移動する。レールはプーリによって定義された２つの軸から水平方向にずれる。プーリの負荷はまた、ガイドの軸から垂直方向にずれる。ガイドとレールは所定の摩擦係数を有し、非対称減衰効果がさらに得られる。さらに、リンケージがハウジングとカムの間に連結される。カムはベースに回転自在に連結される。捩じりバネ等の付勢部材は、リンケージを介してカムをベルト負荷に対して付勢する。カムの半径は可変であり、テンショナのプーリが負荷の変化に応じて移動するとき、一定のベルト負荷を維持する。

明細書に組み込まれて明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。

図１は、本発明の側面断面図である。テンショナは、軸受２によってハウジング３に軸支されたプーリ１を有する。ハウジング３はさらにガイド４を備える。レール７、１７はベース６に取付けられる。レール７、１７はガイド４に摺動自在に係合し、これによりハウジウング３は拘束され、所定の経路に沿って移動する。その経路は好ましい実施形態において直線的である。

リンケージ８の一端はハウジング３に取付けられ、他端は固定具１０によってカム９に取付けられる。カム９は、捩じりバネ１１に連結される。捩じりバネ１１はベース６に連結される。ピボット１３はベース６に取付けられる。カム９はピボット１３に回転自在に連結され、これにより、バネ１１のトルクに応じて主軸の周りに回転する。リンケージ８は、作動中にカム９に巻きつく端部において可撓性を有する。

カム９はさらに、可変の半径を有する。テンショナの無負荷位置において、リンケージ接点Ｐにおける半径Ｒは最小である。最大テンショナ負荷位置において、Ｐにおける半径Ｒは最大である。半径の違いは、ベルト張力を一定に保持するためにプーリの異なる位置においてバネトルクの変化を補償する。カムの半径はユーザから要求されるベルト張力の範囲を調節するために選択可能であることが理解される。

図２は本発明の断面平面図である。リンケージ８の中心線はプーリ中心Ｃの第１の軸から変位量Ａだけずれている。レール７、１７もまた、第２の軸に沿って変位量Ｂだけ相互にずれている。レール１７はプーリ中心Ｃから変位量ＤおよびＦだけずれている。レール７、１７もまた変位量Ｅだけ相互にずれている。変位量Ａにより、ガイド４にあるレール７、１７において反力Ｆ_Rが生じ、この反力の大きさは変位量Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆによって決定される。Ｆ_Rはレールに摺接するガイドによって生じる摩擦力を決定する。Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、およびＦの大きさと比は、レールにおいてガイドの作用によって発生する減衰性能を決定する。減衰力はベルトが作用するときにベルトの振動に打ち勝つ。ベルトが負荷を受けたり、負荷から解放されるときに、異なる減衰性能を有することは、いくつかの場合において有益である。これは非対称性として知られており、この設計では、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、およびＦの比によって簡単に制御される。この関係は次のように説明される。

ベルト負荷状態
Ｆ_R(17)−Ｆ_R(7)＝０
Ｆ_S−減衰力₍₇₎−減衰力₍₁₇₎−Ｆ_B＝０
Ｆ_S*Ａ−Ｆ_R(17)*Ｄ−減衰力₍₁₇₎*Ｆ＋減衰力₍₇₎*（Ｅ−Ｆ）−Ｆ_R(7)*（Ｂ−Ｄ）＝０
減衰力の合計_I＝減衰力₍₇₎＋減衰力₍₁₇₎

ベルト解放状態
Ｆ_R(17)−Ｆ_R(7)＝０
Ｆ_S＋減衰力₍₇₎＋減衰力₍₁₇₎−Ｆ_B＝０
Ｆ_S*Ａ−Ｆ_R(17)*Ｄ＋減衰力₍₁₇₎*Ｆ−減衰力₍₇₎*（Ｅ−Ｆ）−Ｆ_R(7)*（Ｂ−Ｄ）＝０
減衰力の合計_II＝減衰力₍₇₎＋減衰力₍₁₇₎

減衰の非対称性
非対称性＝（減衰力の合計_II／減衰力の合計_I）

作用において、張力を受けているベルトはシステムのプーリ（図示せず）に架け回され、これにより、ベルト負荷Ｆ_Bがプーリ１に作用する。バネ１１は予負荷が付与され、実質的にベルト負荷Ｆ_Bに等しい大きさで反対方向を向くバネ力Ｆ_Sを生じる。捩じりバネ１１はカム９とリンケージ８の作用により負荷Ｆ_Bに抵抗する。

好ましい実施形態において、リンケージは、リンケージ接点Ｐにおけるカムの半径Ｒが与えられたベルト負荷Ｆ_Bに対して最大値になるように、カム９に連結される。例えば、ベルト張力が減少あるいは解放され、ベルト長さがプーリ２に対して増加するに従って、プーリ／ハウジングとガイドはレール７、１７に沿って移動する。捩じりバネのカムに対する作用により、リンケージ８はカムの周りに部分的に巻きつく。この例において、カムにおけるリンケージ接点Ｐは小さい半径から大きい半径位置へ移動し、これにより、リンケージにおけるモーメントを増加させ、カムの回転によって生じるバネトルクにおける対応する減少を補償する。したがって、カムの変化する半径の効果により、ハウジングがベルト負荷の変化に応じて移動するときであっても、一定の力がハウジングに作用する。これにより、ハウジングの移動範囲にわたって一定の負荷がベルトに維持される。

ハウジング３は拘束され、ガイド４とレール７、１７の共同作用により所定の経路に沿って移動する。図３参照。ハウジング３が移動する距離とその移動の特性は、ここに記載されるように、バネ定数とガイドとレールの減衰効果の関数である。

図３は図２の３−３線におけるガイドとレールの図である。ガイド４は傾斜側面４１、４２を有する。レール７、１７は傾斜側面４１、４２とガイド４に摺動自在に係合し、これにより、ガイド４とハウジング３を拘束して所定の経路に移動させる。好ましい実施形態において、好ましい経路はリンケージ８の軸に実質的に平行な軸に沿う直線である。レール７、１７と側面４１、４２の摩擦係数はユーザによって、減衰の技術分野において知られている、潤滑付きのナイロン６／６およびナイロン４／６を含み、これらには限定されない種々の材料から選択される。

図４はレールに作用する力の図である。反力は、図２に示されるようにＦ_Rである。レールからの反力はＲ₇、Ｒ₁₇である。垂直成分はＮ₇、Ｎ₁₇である。ベルト負荷によって生じるプーリ力はＰ₇、Ｐ₁₇である。

図５はガイドに作用する力の斜視図である。釣り合いトルクＴ_Balは
Ｔ_Bal＝Ｔ＝（Ｐ₁₇−Ｐ₇）*Ｂ
である。

本発明のひとつの形態が説明されたが、ここに記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と関連した部分に種々の変形が施されることは当業者にとって自明である。

本発明の側面断面図である。 本発明の断面平面図である。 図２の３−３線におけるガイドとレールの図である。 レールに作用する力の図である。 ガイドに作用する力の斜視図である。

Claims (9)

1. ベースと、
   ハウジングと、
   前記ハウジングと前記ベースの間の機械要素であって、前記ハウジングが実質的に拘束されて所定の経路上を移動する機械要素と、
   前記ハウジングに連結され、かつ前記ベースに回転自在に連結されたカムに連結されたリンケージと、
   一端が前記ベースに連結され、他端が前記カムに連結された付勢部材とを備え、
   前記付勢部材が前記カムの回転運動に抵抗し、
   前記ハウジングに軸支されたプーリを備え、
   前記機械要素が、摩擦係数を有し、前記ベースに取付けられた少なくとも２つの第１の支持部材と、摩擦係数を有し、前記第１の支持部材に摺動自在に係合する、前記ハウジングに取付けられた第２の支持部材とを備え、
   前記第１の支持部材のそれぞれが前記経路に沿って相互にずれ、かつ前記プーリの中心から前記経路に垂直な方向に相互にずれており、
   前記リンケージの長手方向に沿った中心線が前記プーリの回転中心からずれている
   テンショナ。
2. 前記カムが可変の半径を有する請求項１に記載のテンショナ。
3. 実質的に一定の力が前記ハウジングの移動範囲内の点において前記ハウジングに付与される請求項１に記載のテンショナ。
4. 前記所定の経路が実質的に直線的である請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記付勢部材が捩じりバネを備える請求項１に記載のテンショナ。
6. 前記カムが可変の半径を有し、
   前記リンケージは、テンショナの無負荷位置において、リンケージ接点におけるカム半径Ｒが最小となるように、前記カムに連結される
   請求項１に記載のテンショナ。
7. ベースと、
   ハウジングと、
   前記ハウジングと前記ベースの間の機械要素であって、前記ハウジングが実質的に拘束されて所定の経路上を移動する機械要素と、
   一端が前記ベースに連結され、他端が前記ハウジングに連結された付勢部材とを備え、
   前記付勢部材が軸に沿って前記ハウジングを付勢し、実質的に一定の力がベルト負荷の反対方向に前記ハウジングに付与されるように前記ハウジングの移動に抵抗し、
   前記ハウジングに軸支されたプーリを備え、
   前記機械要素が、前記ベースに取付けられた少なくとも２つの第１の支持部材と、前記第１の支持部材に摺動自在に前記ハウジングに取付けられた第２の支持部材とを備え、
   前記第１の支持部材のそれぞれが前記経路に沿って相互にずれ、かつ前記プーリの中心から前記経路に垂直な方向に相互にずれており、
   前記リンケージの長手方向に沿った中心線が前記プーリの回転中心からずれている
   テンショナ。
8. 前記所定の経路が実質的に直線的である請求項７に記載のテンショナ。
9. 前記付勢部材がバネを備える請求項７に記載のテンショナ。

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